磁力勘探物理基础PPT讲稿.ppt

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1、磁力勘探物理基础磁力勘探物理基础第1页，共53页，编辑于2022年，星期一回顾回顾-地球物理学概念地球物理学概念地球物理学是应用物理学的理论、方法和技术来研究地球，认识其组成、结构及发展的客观规律。内容：声、光、热、电、力基础：根据岩矿石物性特征（重磁电等）对地球进行探测原理：根据异常(场）特征推断场源特征对象：地球及周围分类：1应用地球物理学，应用地球物理学，2 理论地球物理学；理论地球物理学；3固体地球物理学固体地球物理学；4空间物理学；空间物理学；5大气物理学大气物理学第2页，共53页，编辑于2022年，星期一地球物理学概念地球物理学概念是地球科学的重要方法，是地球科学包括的六大基础自然

2、科学（数、理、化、天、地、生）之一。地球物理是地球科学中唯一能直接提供地球内部信息和资料的学科。它的最显著特点是：穿透性、多解性正演和反演第3页，共53页，编辑于2022年，星期一地球物理学概念地球物理学概念固体地球物理：通过观测地球周围及地球表面和内部物理场的空间和时间分布规律，研究地球内部结构、构造和物质状态的一系列方法技术。分2类：普通地球物理和勘探地球物理研究大尺度现象和一般性原理的称之为普通地球物理；而利用由此发展出来的方法查明有用矿床和油气资源的,称为勘探地球物。第4页，共53页，编辑于2022年，星期一地球物理学概念地球物理学概念按组成地球岩矿石的物性特征，固体地球物理探测主要的

3、有6种：1、密度-重力(Dg)2、磁性-磁法(DZ,DT)3、电性-电法（r,h,e,f,F)4、地热5、放射性（a、b、g）衰变6、地震(P,S,M)按场源性质来分，2种：主动（人工）场源和被动（自然）场源第5页，共53页，编辑于2022年，星期一起源及发展状况起源及发展状况基本原理基本原理岩矿石的磁性岩矿石的磁性主要内容主要内容地球的磁场地球的磁场第6页，共53页，编辑于2022年，星期一磁法是最传统、最广泛、最经济、最准确的物探方法。磁法是最传统、最广泛、最经济、最准确的物探方法。磁法是最传统、最广泛、最磁法是最传统、最广泛、最经济、最准确的物探方法。经济、最准确的物探方法。第7页，共5

4、3页，编辑于2022年，星期一u 最传统最传统最古老的物探方法，一直沿用至今，并发展很快，最古老的物探方法，一直沿用至今，并发展很快，所以也是最成熟的：所以也是最成熟的：磁法勘探是物探方法中最古老的一种。磁法勘探是物探方法中最古老的一种。17世纪中叶瑞典人利用磁世纪中叶瑞典人利用磁罗盘直接找磁铁矿。罗盘直接找磁铁矿。1879年塔伦年塔伦(R.Thaln)制造了简单的磁力仪制造了简单的磁力仪 磁法才正式用于生产。磁法才正式用于生产。1915年年施密特施密特(A.Schmidt)发明了石英发明了石英刃口磁力仪刃口磁力仪磁法开始大规模用于找矿磁法开始大规模用于找矿以及在小面积上研究地以及在小面积上研

5、究地质构造。第二次世界大战后质构造。第二次世界大战后航空磁法推广使用航空磁法推广使用人们可以快速人们可以快速而经济地测出大面积的磁场分布。磁法开始用于研究大地构造而经济地测出大面积的磁场分布。磁法开始用于研究大地构造及解决地质填图中的一些问题。中国于及解决地质填图中的一些问题。中国于1936年在攀枝花年在攀枝花易门易门水城等地开始了试验性的磁法勘探水城等地开始了试验性的磁法勘探1950年后才大规模开展起来。年后才大规模开展起来。第8页，共53页，编辑于2022年，星期一空间上：航空、地面、海洋、井中（地下）空间上：航空、地面、海洋、井中（地下）n应用领域：星体、地球、人体应用领域：星体、地球、

6、人体n勘查：可用于勘查：可用于地质调查地质调查的各个阶段。从的各个阶段。从1：百万的航磁到：百万的航磁到1：1000的详查；它的作用不再是寻找强磁性的物质，而可以划分的详查；它的作用不再是寻找强磁性的物质，而可以划分沉积岩沉积岩喷出岩喷出岩基性岩基性岩超基性岩及变质岩的分布范围超基性岩及变质岩的分布范围可以可以研究沉积岩下面的基底构造研究沉积岩下面的基底构造 查明各种控制成矿的构造查明各种控制成矿的构造如深大如深大断裂和火山口等；可用于寻找或预测断裂和火山口等；可用于寻找或预测石油石油天然气天然气 煤煤铜铜铝铝镍镍和其他金属和其他金属金刚石金刚石等。此外等。此外磁法勘探还可用于研磁法勘探还可用

7、于研究深部地质构造和解决其他地质问题究深部地质构造和解决其他地质问题以及应用于以及应用于考古学考古学等方等方面。面。应用最广泛：应用最广泛：第9页，共53页，编辑于2022年，星期一 应用最广泛应用最广泛n目前已经完成的目前已经完成的25万平方千米万平方千米。n08年年12月由国土资源部与新疆维吾尔自治区人民政府主办的公益月由国土资源部与新疆维吾尔自治区人民政府主办的公益性地质调查性地质调查“358”项目项目国土资发（国土资发（2008）172号号总体方案于总体方案于09年年6月开始实施。主要是对新疆近年以月开始实施。主要是对新疆近年以1：5万为主的地质调查项目进万为主的地质调查项目进行开发。

8、行开发。第10页，共53页，编辑于2022年，星期一三）磁法剖面测量预算标准三）磁法剖面测量预算标准单位：元/km比例尺点距(m)地 形 等 级1:1000040389 416 476 616 983（五）激电中梯（短导线）剖面测量预算标准（五）激电中梯（短导线）剖面测量预算标准单位：元/kmAB距（m）点距（m）地 形 等 级12001600401108 1224 1470 1687 2621 2006年国土资源地质勘查预算标准激电是磁法的年国土资源地质勘查预算标准激电是磁法的2.52.8倍倍磁法每组磁法每组2人每天人每天10KM：激电中梯每组：激电中梯每组6人每天人每天2KM所以工作效率是

9、电法的所以工作效率是电法的30倍！倍！最快速最经济最快速最经济第11页，共53页，编辑于2022年，星期一最准确最准确,最统一最统一n同一个点不同时间不同人不同仪器测得结果是一样的。这一同一个点不同时间不同人不同仪器测得结果是一样的。这一点目前来说只有磁法可以做到，特别是现阶段的磁法使用的点目前来说只有磁法可以做到，特别是现阶段的磁法使用的基本是质子仪器，观测的都是总场基本是质子仪器，观测的都是总场T，各种改正也是同一标准，各种改正也是同一标准，所以不同单位不是时间做得的结果可能连成一片。所以不同单位不是时间做得的结果可能连成一片。第12页，共53页，编辑于2022年，星期一原因：原因：（1）

10、最充分的物性前提）最充分的物性前提（2）最坚实的理论基础）最坚实的理论基础（3）最先进的仪器设备和计算方法）最先进的仪器设备和计算方法第13页，共53页，编辑于2022年，星期一基本原理基本原理起源及发展状况起源及发展状况岩矿石的磁性岩矿石的磁性磁法勘探的主要内容磁法勘探的主要内容地球的磁场地球的磁场第14页，共53页，编辑于2022年，星期一基本原理基本原理n【中文词条中文词条】磁法勘探磁法勘探n【外文词条外文词条】magnetic prospectingn测量测量地磁异常地磁异常以确定含以确定含磁性矿物磁性矿物的地质体及其他探测对象存在的的地质体及其他探测对象存在的空间位置和几何形状空间位

11、置和几何形状从而对工作地区的地质构造从而对工作地区的地质构造有用矿产分有用矿产分布及其他情况作出推断。布及其他情况作出推断。n磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在磁性岩体及矿体产生的磁场叠加在地球磁场地球磁场之上之上引起地磁场的引起地磁场的畸变。这种畸变一般称为畸变。这种畸变一般称为地磁异常地磁异常。第15页，共53页，编辑于2022年，星期一基本原理基本原理第16页，共53页，编辑于2022年，星期一岩矿石的磁性岩矿石的磁性起源及发展状况起源及发展状况基本原理基本原理磁法勘探磁法勘探地球的磁场地球的磁场第17页，共53页，编辑于2022年，星期一岩矿石磁性，充分的物性前提岩矿石磁性，充分的物性前提

12、地球上所有物质都有磁性：地球上所有物质都有磁性：地球上所有物质都有磁性，但磁地球上所有物质都有磁性，但磁性的强弱和性质各有不同，物质的磁性不但是普遍存在的，而且是多性的强弱和性质各有不同，物质的磁性不但是普遍存在的，而且是多种多样的，并因此得到广泛的研究和应用。近自我们的身体和周边的种多样的，并因此得到广泛的研究和应用。近自我们的身体和周边的物质，远至各种星体和星际中的物质，微观世界的原子、原子核和基物质，远至各种星体和星际中的物质，微观世界的原子、原子核和基本粒子，宏观世界的各种材料，都具有这样或那样的磁性。本粒子，宏观世界的各种材料，都具有这样或那样的磁性。第18页，共53页，编辑于202

13、2年，星期一岩矿石磁性，充分的物性前提岩矿石磁性，充分的物性前提地球上所有物质都有磁性：地球上所有物质都有磁性：创造发明、科学研究、日常生活创造发明、科学研究、日常生活等每时每刻都离不开磁性，我们生活在一个磁性的世界等每时每刻都离不开磁性，我们生活在一个磁性的世界!也是一也是一个奇妙的世界！个奇妙的世界！MAGIC-MAGNETISM第19页，共53页，编辑于2022年，星期一岩矿石磁性，充分的物性前提岩矿石磁性，充分的物性前提第20页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)n磁性：什么是磁性？简单说来，磁性是物质放在不均匀

14、的磁磁性：什么是磁性？简单说来，磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。磁性的强弱在相同的不均匀磁场中，场中会受到磁力的作用。磁性的强弱在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁，在实际中表现为：能吸引铁、由单位质量的物质所受到的磁，在实际中表现为：能吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性。钴、镍等物质的性质称为磁性。n“分子电流分子电流”观点和观点和“磁荷磁荷”观点观点第21页，共53页，编辑于2022年，星期一“分子电流分子电流”和和“磁荷磁荷”第22页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义磁场的理论是建立在磁场的理论是建立在“磁荷磁荷”的基础上，的基础上，“磁荷

15、磁荷”是成对出现的，没是成对出现的，没有单个磁荷有单个磁荷!N SN S N SN S N S N S N S第23页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)n为什么“磁铁”断成两节后，但却变成了两节磁铁，都有“南北两极”？这里面到底藏着什么秘密？n其实，这个道理很简单！这其实和“橡皮筋”断成“两段”，就变成两根“橡皮筋”，两端都有“弹性”的道理是一样的。那到底是什么“道理”呢？那就是，因为“橡皮筋”的“弹性”是由“分子”间的“引力”和“斥力”的结果，只要“橡皮”的“成分”不变的话，“它”的“弹性”也是不会变的。也就是说“磁

16、铁”断成两节后，但却变成了两节磁铁，都有“南北两极”，也是因为产生“磁性”的“物质成分”还存在，那么也就自然会产生“南北两极”的“磁性”来！就像“铁片”断成了两块，那还不也是“铁片”吗？n出自“全集然文明X档案”第24页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)磁性的分类：磁性的分类：一般说来，物质的磁性可以分为三类：抗磁性、顺磁性、铁磁性（反铁磁性和亚铁磁性）三大类。地球本身就是一个巨大的磁极。抗磁性：与外加场相反，值很小，与温度无关顺磁性：与外加场相同，数值很小，与温度关系：C/T铁磁性：包括铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性第2

17、5页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)n抗磁性、顺磁性抗磁性、顺磁性第26页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)n铁磁性：在弱磁场作用下就能达到饱和磁化，磁化率比前两者大很多n（1）磁化强度与磁场呈非线性关系,磁滞现象n（2）磁化率与温度关系：居里居里-魏斯定律魏斯定律 KC/(T-Tc),居里温度n（3）基本磁矩为电子自旋磁矩，轨道磁矩基本无作用第27页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Co

18、nception)n铁磁性的磁滞现象铁磁性的磁滞现象(非线性）非线性）n矫玩磁力（矫玩磁力（Hc)第28页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)n铁磁性，反铁磁性和亚铁磁性（铁淦氧性-铁的氧化物和硫化物）第29页，共53页，编辑于2022年，星期一定义和概念定义和概念(Definition and Conception)n表征磁性的强弱的物理量表征磁性的强弱的物理量 磁化强度磁化强度M和磁化率和磁化率：在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁性的强弱。MH-磁化率，表征物体受磁化的难易程度

19、，无量纲，在SI制中标为SI（），在CGSM制中用CGSM（），关系1CGSM41SI（）M-磁化强度，安/米，A/m，在CGSM制中，表示为CGSM（M），关系1CGSM（M)103A/M第30页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义n感应磁化强度感应磁化强度Mi和剩余磁化强度和剩余磁化强度Mr Mi受现代地磁场作用而具有的磁化强度受现代地磁场作用而具有的磁化强度,Mr受古地磁场作用，成受古地磁场作用，成岩后漫长地质年代保留下来的磁化强度。岩后漫长地质年代保留下来的磁化强度。MMi+MrMi=(T/0）T-地磁场总强度，0真空中的磁导率在磁法勘探中表征岩石磁性的物理量：K、

20、Mr、M第31页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义n岩石的剩余磁性岩石的剩余磁性 1、热剩磁（、热剩磁（TRM）2、碎屑剩余磁性（、碎屑剩余磁性（DRM）3、化学剩余磁性（、化学剩余磁性（CRM）4、粘滞剩余磁性（、粘滞剩余磁性（VRM）（次生）（次生）5、等温剩余磁性（、等温剩余磁性（IRM）（次生）（次生）第32页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义n热剩磁（热剩磁（TRM）在恒定磁场作用下岩石从居里点以温度逐渐冷却到居里点以下温在恒定磁场作用下岩石从居里点以温度逐渐冷却到居里点以下温度时受磁化所获得的磁性度时受磁化所获得的磁性（1）强度大，大致正

21、比于外磁场，并与外磁场方向一致）强度大，大致正比于外磁场，并与外磁场方向一致（2）大小的稳定）大小的稳定（3）服从叠加定律（特里埃第一定律）服从叠加定律（特里埃第一定律）（4）热退磁也服从叠加定律，是古地磁研究的重要手段）热退磁也服从叠加定律，是古地磁研究的重要手段第33页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义n热剩磁热剩磁（TRM）（3）服从叠加定律）服从叠加定律（特里埃第一定律）（特里埃第一定律）（4）热退磁也服从）热退磁也服从叠加定律，是古叠加定律，是古地磁研究的重要地磁研究的重要手段手段第34页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义消磁作用与视磁化率

22、消磁作用与视磁化率k磁性体在磁化状态下，其内部产生一个磁场磁性体在磁化状态下，其内部产生一个磁场He，方向与，方向与外部场外部场H0方向相反，称为消磁场（退磁场）方向相反，称为消磁场（退磁场）HH0+He对于均匀磁化磁性体对于均匀磁化磁性体He=-NMN为退磁系数，是与磁性体形状有关的张量为退磁系数，是与磁性体形状有关的张量He=-N(Mi+Mr)Mi=kT=k(H0+He)K=K/(1-Nk)K-视磁化率视磁化率第35页，共53页，编辑于2022年，星期一概念和定义概念和定义岩矿石磁性分类岩矿石磁性分类n抗磁性抗磁性(diamagnetism)：磁性很弱，目前在勘查中视为无磁n顺磁性顺磁性(

23、paramagnetism)：比抗磁性大2个数量级，属于弱磁性n铁磁性铁磁性(ferromagnetism)：不仅有较的磁化率还有较强的剩余磁性。第36页，共53页，编辑于2022年，星期一n在造岩矿物中在造岩矿物中只有磁铁矿只有磁铁矿钛磁铁矿钛磁铁矿磁黄铁矿和磁赤铁矿等磁黄铁矿和磁赤铁矿等少数矿物具有强磁性少数矿物具有强磁性(见岩石物理性质见岩石物理性质)。因此。因此岩石及矿石的磁岩石及矿石的磁性强弱性强弱主要决定于上述矿物的含量及分布情况。主要决定于上述矿物的含量及分布情况。n根据测定根据测定沉积岩的磁化率比岩浆岩和变质岩的磁化率低几个数量沉积岩的磁化率比岩浆岩和变质岩的磁化率低几个数量级

24、。在岩浆岩中级。在岩浆岩中基性及超基性岩的磁性最强基性及超基性岩的磁性最强酸性岩是弱磁性或酸性岩是弱磁性或无磁性的。变质岩的磁性决定于原岩的成分及变质过程中的化学无磁性的。变质岩的磁性决定于原岩的成分及变质过程中的化学变化。如果原岩是花岗岩及泥岩等变化。如果原岩是花岗岩及泥岩等则变质后的岩石一般无磁性则变质后的岩石一般无磁性如果原岩是基性喷出岩或侵入岩等如果原岩是基性喷出岩或侵入岩等则变质后的岩石一般具则变质后的岩石一般具有中等磁性。有中等磁性。充分的物性前提充分的物性前提第37页，共53页，编辑于2022年，星期一岩矿石的磁性岩矿石的磁性地球的磁场地球的磁场起源及发展状况起源及发展状况基本原

25、理基本原理磁法勘探磁法勘探第38页，共53页，编辑于2022年，星期一地球的磁场地球的磁场n磁场：磁场：在磁极周围的空间中真正存在的不是磁力线，而是一种场，我们称之为磁场。磁性物质的相互吸引等就是通过磁场进行的。我们知道，物质之间存在万有引力，它是一种引力场。磁场与之类似，是一种布满磁极周围空间的场。磁场的强弱可以用假想的磁力线数量来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱。单位截面上穿过的磁力线数目称为磁通量密度。第39页，共53页，编辑于2022年，星期一n稳定磁场与磁偶极子稳定磁场与磁偶极子地球的磁场地球的磁场第40页，共53页，编辑于2022年，星期一n稳定磁场与磁偶极子稳定磁

26、场与磁偶极子n地球的磁场地球的磁场(The Earths Magnetic Field)(The Earths Magnetic Field)是一是一个稳定的来自于地球内部的磁场个稳定的来自于地球内部的磁场n地球等效于一个巨大的磁极地球等效于一个巨大的磁极(Magnetic Pole)n运动的电荷产生磁场运动的电荷产生磁场1 1地球的磁场地球的磁场第41页，共53页，编辑于2022年，星期一n稳定磁场与磁偶极子稳定磁场与磁偶极子n“磁偶极子的场磁偶极子的场”H0,.B0BH0（1+）H0H+0MH-磁场强度(奥斯特）B-磁感应强度（特斯拉，高斯），nT-磁导率0-真空磁导率M-磁化强度地球的磁

27、场地球的磁场第42页，共53页，编辑于2022年，星期一n磁场强度与磁感应强度磁场强度与磁感应强度地球的磁场地球的磁场第43页，共53页，编辑于2022年，星期一02 02 磁法的基本原理磁法的基本原理-（2 2）坚实的理论公式）坚实的理论公式n磁场的泊松公式磁场的泊松公式第44页，共53页，编辑于2022年，星期一02 02 磁法的基本原理磁法的基本原理（2 2）坚实的理论公式）坚实的理论公式n地磁七要素及相互关系：地磁七要素及相互关系：T、Z、X、Y、H、I、D、NEXT第45页，共53页，编辑于2022年，星期一地磁测量和地磁图地磁测量和地磁图-等偏线图（等偏线图（D）第46页，共53页

28、，编辑于2022年，星期一地磁测量和地磁图地磁测量和地磁图-等倾线图（等倾线图（I）第47页，共53页，编辑于2022年，星期一地磁测量和地磁图地磁测量和地磁图-总场强度总场强度T T等值线图等值线图第48页，共53页，编辑于2022年，星期一地磁测量和地磁图地磁测量和地磁图垂直强度（垂直强度（Z Z）等值线图等值线图第49页，共53页，编辑于2022年，星期一地磁场的构成地磁场的构成TT0TmTse T a Ta dT第50页，共53页，编辑于2022年，星期一地磁场的构成地磁场的构成T总T正常T变化T异常nT正常也叫地磁场，即地球本身具有的磁场。有三个要素：XYZ，HID，TID。只要知道了三组中的一组，就可以求得其它的要素。nT变化主要来自星体及雷电等时刻变化的场，最常见并时刻存在的是日变。nT异常是我们要获得的目标体的磁性。第51页，共53页，编辑于2022年，星期一第一编第一编 磁力勘探物理基础思考题磁力勘探物理基础思考题n铁磁性的类型和特点？铁磁性的类型和特点？n感应磁化强度与剩余磁化强度有何异同？感应磁化强度与剩余磁化强度有何异同？n影响岩石磁性的因素有哪些？影响岩石磁性的因素有哪些？第52页，共53页，编辑于2022年，星期一The end,thank you!第53页，共53页，编辑于2022年，星期一